Отсчёта. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Программа по физике механика, 42.61kb.
• Программа вступительного испытания по дисциплине Физика, 54.3kb.
• Примерные программы вступительных испытаний в высшие учебные заведения российской федерации, 47.51kb.
• Положение тела определяется координатами: а) на прямой т. А( Х); б) на плоскости, 34.87kb.
• ПрограммА для поступающих в Новочеркасское высшее военное командное училище связи (военный, 93.59kb.
• Физика механика кинематика, 60.32kb.
• Лекционный курс, 72kb.
• Программа вступительных испытаний (с обеседования) по физике для лиц, поступающих, 55.5kb.
• Повторительно-обобщающий курс, 864.61kb.
• Тема занятия, 28.84kb.

параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное состояние газа описывается уравнением Менделеева-Клайперона: pV=mRt/M, где p – давление, V – объём, R – универсальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К (R=8,31 Дж/мольК).

Уравнение Менделеева-Клайперона показывает, что возможно одновременное изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рассматривать приближённо как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изотермический, изохорный и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре – температуре, давлении или объёме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре T=const. Он описывается закон Бойля-Мариотта. pV=const.

Изохорным называют процесс, протекающий пи постоянном объёме. Для него справедлив закон Шарля. V=const, p/T=const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T=const при p=const и называется законом Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис.).

Реальные газы удовлетворяют уравнению состояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объём молекул пренебрежительно мал по сравнению с объёмом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул), т.е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.


Билет 7.

Вопрос 1. Испарение и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пары. Парциональное давление водяного пара. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха (психрометр).

Испарение – парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинетической энергии теплового движения молекул приводит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твёрдого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение сопровождается охлаждением жидкости. Скорость испарения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жидкости. Конденсация – процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигнет такого значения, при котором число молекул возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, покидающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества. Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, находящийся при давлении ниже насыщенного, называют ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с поверхностей водоёмов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давления сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объёма, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой формулой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить его давление при различных температурах.

Давление водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. Поскольку давление пара пропорционально концентрации молекул, можно определить абсолютную влажность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в килограммах на метр кубический ().

Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от –того, насколько это количество близко к насыщению, т.е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведёт к перегреванию организма. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах является относительная влажность 40-60%. Относительной влажностью называют отношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т.е. =/₀100%.

Относительная влажность колеблется в широких пределах. Причём суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днём, с возрастанием температуры и, следовательно, с ростом давления насыщения, относительная влажность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же количество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нём пар до насыщения. Точкой росы называют температуру, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.


Билет 8.

Вопрос 1. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твёрдых тел.

Каждый может разделить тела на твёрдые и жидкие. Однако это деление будет только по внешним признакам. Для того чтобы выяснить, какими же свойствами обладают твёрдые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево, уголь) – это органические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысоких температурах – это аморфные. Третьи будут изменять своё состояние при нагревании так, как показано на графике (рис.). Это и есть кристаллические тела. Такое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением. Кристаллические тела – это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определённом порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое расположение атомов или ионов в кристалле называют кристаллической решёткой. Точки кристаллической решётки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решётки.

Кристаллические тела бывают монокристаллами и поликристаллами. Монокристалл обладает единой кристаллической решёткой во всём объёме.

Анизотропия монокристаллов заключается в зависимости их физических свойств он направления. Поликристалл представляет собой соединение мелких, различным образом ориентированных монокристаллов (зерен) и не обладает анизотропией свойств. Большинство твёрдых тел имеют поликристаллическое строение (минералы, сплавы, керамика).

Основными свойствами кристаллических тел являются: определённость температуры плавления, упругость, прочность, зависимость свойств от порядка расположения атомов, т.е. от типа кристаллической решётки.

Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объёму этого вещества. В отличие от кристаллических веществ аморфные вещества изотропны. Это значит, что свойства одинаковы по всем направлениям. Переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует определённая температура плавления. Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стёкла, смолы, пластмассы и т.п.

Упругость – свойство тел восстанавливать свою форму и объём после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших деформацию тел. Для упругих деформаций справедлив закон Гука, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям =E||, где  - механическое напряжение,  - относительное удлинение, Е – модуль Юнга (модуль упругости). Упругость обусловлена взаимодействием и тепловым движением частиц, из которых состоит вещество.

Пластичность – свойство твёрдых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после того, как действие этих сил прекратится.


Билет 9.

Вопрос 1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия и способы её измерения. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс.

Каждое тело имеет вполне определённую структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия – это величина, характеризующая собственное состояние тела, т.е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т.д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2m/MRT.

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача – это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передаётся от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трёх видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q).

Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который читается так. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой. U=Q+A, где U – изменение внутренней энергии, Q – количество теплоты, переданное системе, А – работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то её условно обозначают А’. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым законом термодинамики, можно записать так: Q=A’+U, т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение системой работы и изменение её внутренней энергии.

При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами A’=p(V₂-V₁)=pV, где V₁ и V₂ – начальный и конечный объёмы газа.

Если процесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигуры, заключённой между линией, выражающей зависимость p(V) и начальным и конечным объёмами газа (рис.)

Рассмотрим применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом.

В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид: Q=A’, т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идёт на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: Q=U+A’.

При изохорном процессе газ не меняет своего объёма, следовательно, работа им не совершается, т.е. А=0, и уравнение первого закона имеет вид Q=U, т.е. переданное количество теплоты идёт на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q=0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счёт уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, A’=U. Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатной.


Билет 10.

Вопрос 1. Взаимодействие заряжённых тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.

Законы взаимодействия атомов и молекул удаётся понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряжённое ядро, вокруг которого вращаются по определённым орбитам отрицательно заряжённые частицы. Взаимодействие между заряжёнными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной – электрическим зарядом, который обозначается q. Единица электрического заряда – кулон (Кл). 1 кулон – это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1с, создаёт в нём ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен e=1,610^-19Кл.

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:

q=e(N_p-N_e),

где N_e – количество электронов, N_p – количество протонов.

Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т.е. алгебраическая сумма зарядов всех тел, остаётся постоянной: q₁+q₂+…+q_n=const. Электрический заряд не создаётся и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Никогда и нигде в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряжённых частиц – электронов – от одних тел к другим.

Электризация – это сообщение телу электрического заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разнородных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка – положительный.

Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатистика.

Основной закон электростатистики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. F=k|q₁||q₂|/r², где q₁ и q₂ – модули зарядов, r – расстояние между ними, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, в СИ k=910⁹ Нм²/Кл².

Величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды  . Для среды с диэлектрической проницаемостью  закон Кулона записывается следующим образом:

F=k|q₁||q₂|/(r²).

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоянной ₀. Электрическая постоянная связана с коэффициентом k следующим образом: k=1/4₀ и численно равна ₀=8,8510^-12 Кл/Нм².

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:

F=1/(4₀)|q₁||q₂|/r².

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатистическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (2 рисунка).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряжённые тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках.


Билет 11.

Вопрос 1. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Энергия заряжённого конденсатора. Применение конденсаторов.

Для накопления значительных количеств разноимённых электрических зарядов применяются конденсаторы.